3.3.3 过渡晶体与混合型晶体 课件 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修2

选择性必修2(人教版2019) 第三章 晶体结构与性质 第三节 金属晶体与离子晶体 第3课时 过渡晶体和混合晶体 1 类型比较 分子晶体 共价晶体 金属晶体 离子晶体 构成粒子 粒子间的相互作用力 硬度 熔、沸点 溶解性 导电性 四类典型晶体的比较 分子 原子 金属阳离子和自由电子 阴、阳离子 分子间作用力 共价键 金属键 离子键 较小 很大 差异很大 较大 较低 相似相溶 很高 差异很大 较高 难溶于任何溶剂 常见溶剂难溶 大多易溶于水等极性溶剂 一般不导电，部分溶于水后导电 一般不具有导电性 良好 晶体不导电，水溶液或熔融态导电 共价晶体注... text has been truncated due to evaluation version limitation. 离子晶体：活泼金属的 、 [如KOH、Ba(OH)2等] 和绝大多数的 。 分子晶体：大多数___________(除金刚石、石墨、晶体硼、 晶体硅等外)、非金属氢化物、___________(除 SiO2外)、几乎所有的___、绝大多数______(除 有机盐外)。 非金属氧化物 非金属单质 酸 有机物 共价晶体：单质有_________________________； 化合物有________________________。 金刚石、硼、硅、锗、灰锡等 碳化硅、SiO2等 金属晶体：金属单质(除____、_____外)与______。 锗 灰锡 合金 氧化物 强碱 盐 共价晶体 分子晶体 离子晶体 金属晶体 【思考】晶体类型之间存在绝对的界限吗？ 离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 Fe 学习 目标 第3课时 过渡晶体和混合晶体 PART 01 PART 02 能利用电负性解释晶体类型的过渡, 知道介于典型晶体之间的过渡晶体及混合型晶体是普通存在的。 掌握石墨这一混合型晶体的结构特点 [任务一]认识过渡晶体 离子键、共价键、金属键等都是化学键的典型模型，但是，原子间形成的化学键往往是介于典型模型之间的过渡状态，由于微粒间的作用存在键型过渡，即使组成简单的的晶体，也可能介于离子晶体、共价晶体、分子晶体和金属晶体之间的过渡状态，形成过渡晶体。 过渡晶体的性质偏向某一晶体类型时，通常当作该晶体类型处理。 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数 ①这些化学键既不是纯粹的离子键，也不是纯粹的共价键 ②这些晶体既不是纯粹的离子晶体，也不是纯粹的共价晶体 ③这些晶体只是离子晶体与共价晶体之间的过渡晶体 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表： 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的百分数/% 62 50 41 33 1、Na2O、MgO、Al2O3、SiO2中离子键成分为何逐渐减少？ ？ 原因：与氧元素的电负性的差值逐渐减小 2、请推测P2O5、SO3、Cl2O7的离子键成分变化趋势？ 变化趋势：百分数小于33，且逐渐减少 电负性差值越大，离子键的百分数越大，一般当电负性的差值大于1.7时，离子键的百分数大于50%，可认为是离子晶体。 离子键成分的百分数更小，是分子晶体 离子键的百分数大于50%,当作离子晶体处理 离子键的百分数小于50%，偏向共价晶体,当作共价晶体处理 一般,当电负性的差值△χ >1.7时，离子键的百分数大于50%。可认为是离子晶体。电负性差值越大，离子键的百分数越大。 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 离子键的 百分数/% 62 50 41 33 P2O5 SO2 Cl2O7 离子键的百分数大于50%, 当作离子晶体处理 离子键的百分数小于50%，偏向共价晶体,当作共价晶体处理 离子键成分的百分数更小，是分子晶体 第三周期主族元素（从左往右）的氧化物的晶体的变化趋势为离子晶体→共价晶体→分子晶体。 原因是第三周期元素从左到右，电负性逐渐增强，与氧元素的电负性的差值逐渐减小。 第三周期元素的氧化物中，化学键中离子键成分的百分数如下表： 氧化物 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子键的百分数/% 62 50 41 33 离子键的百分数大于50%，当作离子晶体处理 离子键的百分数小于50%，偏向共价晶体，当作共价晶体处理 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 Cl2O7 离子晶体 共价晶体 分子晶体 离子键成分的百分数更小，是分子晶体 电负性差值逐渐减小,离子键成分逐渐减少 四类晶体都有过渡型 偏向某种晶体类型的过渡晶体，就当作该类型的晶体处理 形成化合物的元素之间的电负性相差越大，离子键百分数越高 近代实验表明，纯粹的离子键是不存在的，绝大多数离子键都不是典型的，只是离子性占优势而已。 例如： 铯的电负性为0.79，而氟的电负性为3.98，两者之差是所有元素中电负性差值最大的，因此氟化铯CsF是典型的离子晶体。 但Cs+与F-的结合也不完全是纯静电作用，仍有部分共价性质。其离子键成分也只是92%，其余8%为共价键成分。这说明即便是像铯和氟这样典型的金属和典型的非金属形成化学键时，成键原子轨道之间依然有部分重叠。 与Fe2+相比，Fe3+电荷较高,半径较小，极化作用较大，使得FeCl3中的共价键成分较多，FeCl3偏向于分子晶体；而FeCl2的离子键成分较多，偏向于离子晶体。所以氯化铁的熔沸点比氯化亚铁的低。 化合物 FeCl3 FeCl2 熔点 306℃ 670℃ 沸点 316℃ 700℃ 例1：为什么氯化铁的熔沸点比氯化亚铁的低 ? 例2. 钠的卤化物（NaX）和硅的卤化物（SiX4）的熔点如图所示 ①判断晶体的类型。 ②解释熔点变化的原因。 离子晶体 X-半径增大，离子键减弱 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 分子晶体 相对分子质量增大， 分子间作用力增加 15 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 NaF NaCl NaBr NaI SiF4 SiCl4 SiBr4 SiI4 例3. TiF4熔点高于TiCl4 、 TiBr4、TiI4 ，自TiCl4至TiI4熔点依次升高，请解释原因 TiF4 TiCl4 TiBr4 TiI4 TiF4是离子晶体，熔点较高 TiCl4 、 TiBr4、TiI4是分子晶体 2 3 4 5 995 801 775 651 2 3 4 5 -90.2 -70.7 5.2 120.5 2 3 4 5 377 -24.12 38.3 155 金刚石和石墨是碳的两种同素异形体，他们的物理性质有什么异同点？为什么？ 金刚石 石墨 熔点很高 质地坚硬 不能导电 熔点很高 质地较软 导电性好 共价晶体 ？晶体 试解释石墨的性质与结构的关系。 石墨是层状结构。 碳原子均采取sp2杂化，形成平面六元并环结构。 层内C原子以共价键结合， 层间靠范德华力维系。 石墨熔点高 层内碳原子之间形成共价键，作用力强。 石墨质软 层与层之间靠较弱的范德华力维系，容易滑动，可作润滑剂。 石墨能导电 未参与杂化的p轨道形成离域大π键，电子可在层内运动。 由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面，所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。 类似共价晶体 类似分子晶体 类似金属晶体 [任务二]认识混合型晶体 既有共价键又有范德华力，同时还存在类似金属键的作用力，兼具共价晶体、分子晶体、金属晶体特征的晶体。 例如：石墨晶体内既有共价键，又有类似金属键的离域大π键，还有范德华力，兼具共价晶体、分子晶体和金属晶体的特征。 【思考1】观察石墨晶体的二维平面结构图，C原子间如何成键？ 从二维结构看属于何种类型的晶体？ 石墨 ①所有碳原子均采取sp2杂化，形成平面六元并环结构 金刚石碳原子均采取sp3杂化，形成三维骨架结构 ②碳原子与碳碳键个数比为2︰3. 金刚石中碳原子与碳碳键个数比为1︰2. 共价晶体 共价键 石墨 2.混合型晶体 共价键 石墨晶体中，每个C原子参与3个C—C和3个六元环的形成，而每个键被2个C原子共用，故每一个六元环平均占有2个C原子，C原子数与C—C数之比为2:3。 层平面内，C原子的配位数为3，共价键的键长很短，键能很大，石墨的熔点很高。 石墨 范德华力 分子晶体 【思考2】观察石墨晶体的层状结构图，层间靠何种作用力结合？ 从层状结构看属于何种类型的晶体？ 层与层之间靠范德华力维系，作用力弱，容易滑动，所以石墨质软，可作润滑剂。 石墨结构中未参与杂化的p轨道 层中每个碳原子均剩余一个未参与杂化的含1个电子的p轨道,所有的p轨道平行重叠，形成离域π键,这些p轨道中的电子可在整个层平面中运动。 因此石墨有类似金属晶体的导电性 所以石墨的导电性只能沿石墨平面方向。 由于相邻碳原子平面之间相隔较远，电子不能从一个平面跳跃到另一个平面。 【思考3】石墨为何可导电？从结构上做出解释。 石墨晶体结构小结 范德华力 层内碳原子 之间 未参与杂化的轨道上的电子可在层内运动 层与层碳原子 之间 构成 键的 sp2杂化轨道 构成 π 键的p轨道 共价键 有金属键的性质 石墨 总之，石墨晶体内既有共价键，又有类似金属键的非定域键，还有范德华力，因此称为混合型晶体，兼具共价晶体、分子晶体和金属晶体的特征。 例1：已知六方氮化硼类似于石墨的结构，如图所示。 ①六方氮化硼的化学式： BN ②六方氮化硼中N和B的杂化类型： sp2 ③硼与氮之间的化学键为 ，层与层之间作用力为 。 属于的晶体类型： 。 极性共价键 分子间作用力 ④六方氮化硼虽然类似于石墨结构，但是不导电，其原因是： 六方氮化硼晶体结构其层结构中没有自由电子 混合型晶体 ⑤六方氮化硼熔点 ，硬度 。 较高 较小 例2：已知立方氮化硼类似于金刚石的结构，如图所示。 ①立方氮化硼中N和B的杂化类型： sp3 ②晶胞中N、B的原子数分别是 ： 4、4 ③立方氮化硼熔点 ，硬度 。 较高 较大 ④氮化硼和磷化硼都是高温结构陶瓷，但氮化硼晶体的熔点要比磷化硼晶体高，其原因是： 磷化硼和氮化硼都属于原子晶体，而氮原子的半径比磷原子小，B-N共价键键长比B-P键短，键能大，所以氮化硼晶体的熔点较高。 1.正误判断 (1)纯粹的典型晶体是没有的(　　) (2)离子键成分的百分数是依据电负性的差值计算出来的，差值越大，离子键成分的百分数越小(　　) (3)在共价晶体中可以认为共价键贯穿整个晶体，而在分子晶体中共价键仅局限于晶体微观空间的一个个分子中(　　) (4)四类晶体都有过渡型(　　) (5)Al2O3晶体中存在离子键，属于离子晶体(　　) √ × × √ × 2.石墨晶体是层状结构(如图)，以下有关石墨晶体的说法正确的一组是( ) ①石墨是混合型晶体 ②石墨中的C为sp2杂化 ③石墨熔、沸点都比金刚石低　 ④石墨中碳原子数和C—C数之比为1∶2　 ⑤石墨和金刚石的硬度相同　 ⑥石墨层内导电性和层间导电性不同 ⑦每个六元环完全占有的碳原子数是2 A.全对 B.除④外 C.除③④⑤外 D.除⑤⑥⑦外 C 熔点：石墨＞金刚石 2∶3 石墨质软，金刚石的硬度大 晶体 微粒组成 作用力 金属晶体 离子晶体 物理特性 特有应用 结构 种类 决定 决定 分子晶体 共价晶体 课堂小结 过渡型晶体 混合型晶体 $$